İnşaatta Nanoteknolojiyi Anlamak

Nanoteknoloji, inşaat endüstrisinin atom ve moleküler düzeyde maddi özellikleri üzerinde kesin kontrol sağlayarak yeniden şekillendirilir. Konsept on yıllardır var olmasına rağmen, inşaat malzemelerindeki pratik uygulamalar son yıllarda önemli ölçüde hızlandı.1 ila 100 nanometrelerin ölçeklendirmesi ile mühendisler, gelişim mekanizmaları, gerçek dünya beklentilerini, avantajları ve enerji verimliliği ve hatta kendi kendine özgü yetenekleri ortaya çıkarabilirler.

Yeniliğin Ölçeği

Bir nanometre bir metrenin bir milyarı - bir insan saçlarının genişliğinden 100 kat daha küçük görünüyor. Bu ölçekde, kuantum etkiler ve yüzey-bölgesel oranlar, uzun süredir geleneksel malzemelerden farklı davranmaya neden oluyor. Örneğin, nanopartiküller metalik bir şekilde kırmızı veya mortonlar ortaya çıkıyor ve karbon nanotüpler çelikten çok fazla kez daha fazla farklı şekillerdeki uygulamaları birbirinden ayırıyor.

Nanoscale'deki eşsiz Özellikler

Parçacık büyüklüğü nanorange'a küçüldüğü zaman, yüzey atomlarının iç atomlara oranı dramatik bir şekilde artar.Bu yüksek yüzey alanı nanoparçapartiküller olağanüstü reaktif ve matriks çevreleyen daha etkili bir şekilde bağlayabilir. Ek olarak, yapısal kusurları sınırlı hale gelir çünkü malzeme nanometre boyutlarının neredeyse tek kristalidir. Sonuç olarak, nano ölçekli takviyeler çimento sallayarak, polimerler veya metaller içinde dağılabilir ve çatlakları sağlayarak, transferleri ve bariyer etkilerini anlamakta güçlük çeker.

Anahtar Nanomalzemeler İnşaatı Dönüştürüyor

Birkaç nanomalzeme türü zaten inşaat uygulamalarında önemli avantajlar göstermiştir. Çeşitli inşaat malzemelerinde katkı, kaplamalar veya yapısal bileşenler olarak hizmet ederler.

Nano-Silica

Nano-silica ( ⁇ dioksit nanopartiküller) beton ve çimento sistemlerindeki en yaygın kullanılan nanomalzemelerden biridir. Parçacıkları genellikle 5 ila 100 nanometreden oluşmaktadır.Bu reaksiyon nano-silica, permeability ile reaksiyon verir ve büyük ölçüde çimento hidrasyona sahiptir - ek olarak kalsiyum-silicatehidrasyon (C-SH) jeli oluşturur.

Karbon Nanotüpsiyonları

Karbon nanotüpleri (CNTs), çimento, polimerler ve metaller için karbonun yaklaşık 1–50 nanometreleri ve birkaç milimetreye kadar uzunlar olduğunu gösteriyor. Ek olarak, CNTs elektriksel iletkenliği, elektriksel yaralamaları ve hasarları, yapısal elementler için daha iyi algılar sağlar.

Titanyum Dioksit

Titanyum dioksit (TiO2) nanopartiküller, fotocatalytical özellikleri için en iyi bilinmektedir. Ultraviyole ışığa maruz kalan TiO2, organik kirleticileri, bakterileri ve uçucu organik bileşikleri kırabilecek reaktif oksijen türlerini yaratır. İnşaatta, TiO2 kaplamaları Roma'daki Jubiletleri ve Avrupa'daki birçok otoyolun kiliseleri gibi büyük ölçekli projelere uygulanır ve TiO2’de umut verici sonuçlar elde etmiştir.

Nano-Clays

Nano-klays, beton, beton, beton, beton ve sıvı molekülleri için sadece 1 nanometre kalınlığına kadar ek olarak, nano-klays'ın bariyer özelliklerini ve yangın direncini geliştirmek için katkı sağlar. İnşaatta nano-klayslar, köpükler, ve yalıtım malzemeleri dahil edilir.

Gelişenlerin Mekanikleri

Nanomalzemelerin inşaat malzemelerinin nasıl artırıldığını anlamak, çalışmadaki fiziksel ve kimyasal mekanizmaları incelemeyi gerektirir.

Güçlendirme ve Durability

Nano-silica, karbon nanotüpler ve nano-alumina gibi nanoparçacıklar, hidrasyon ürünleri için nükleksiyon siteleri olarak hareket ederler, daha az kapiller gözenekleriyle yoğun bir mikroyapı yaratırlar, aksi takdirde su ve agresif iyonların makroesanlara nüfuz etmesine izin verirler, klorür ve sulfateslerinin diffüslerini azaltırlar.

Kendini temiz ve fotokatalize

Fotocatalytic nanomalzemeler titanyum dioksit ve çinko oksit gibi yüzeyleri, deterjan veya el yıkama işlemi olmadan temiz tutmak için ışık kullanıyor.Bu teknoloji sadece dış yüzeylerde ince bir kaplama olarak uygulandığında, bu malzemeler hava yoluyla kirleticiler ve kirleri kırıyor:0.Reklim ürünleri, TiO2modifiye edilmiş kaplamalar, azot seviyelerini% 40 oranında azaltabiliyor.

Termal ve Akustik Yalıtım

Nanomalzemeler, ısı iletkenliği ve ısı iletimini oluşturan nanogözlü yapılar yaratarak ısı yalıtımını önemli ölçüde artırır. Aerogels - bir silik ağı ile% 99,8 havadan vazgeçerek -her zaman en etkili malzemeler arasında, ısı iletkenleri ve nano lifleri elde etmek, akustik absürtmeler ve daha rahat hale getirir.

Fire Retardancy

Nano-klays, karbon nanotüpler ve tabakalı çift hidroxides gibi nanoparçacıklar, ısı transferini azaltan koruyucu bir kar tabakası oluştururlar ve duman üretimini azaltırlar. İnşaatta kullanılan bu nanomalzemeler, bir yangında daha uzun süreler için yüklenebilir, bina güvenliği için. ”

Uygulamalar Across Construction Materials

Nanoteknoloji geniş bir bina malzemelerine entegre ediliyor, her biri belirli nano- bazlı geliştirmelerden faydalanıyor.

Beton ve Çimento

Beton küresel olarak en yaygın kullanılan inşaat malzemesidir ve nano-modizasyon, nano-parçalı, karbon nanotüpleri veya nano-alumina, sıkıştırıcı ve esnek gücü geliştirir, fotocatalytic betonu hava arıtma ve ultra yüksek performanslı betonu dondurur. 200'ü aşan betonu ekleyen, karbon nanotüpleri veya bakterileri bağımsız olarak tamir edebilir.

Çelik ve Metaller

Nanoteknoloji, seramik veya grafikte bariyer korumasına dayanan mekanik özellikleri ve korozyon direncini geliştirmek için kullanılır.Bu kaplamalar çelik köprülere, deniz tesislerine ve nitritlere uygulanabilir ve pas ve bakım aralıklarını önlemek için çerçeveler oluşturabilir.Ayrıca, nano-küreler içeren nano-küreler inşaat ekipmanlarının hareketsiz koruma sağlar.

Cam ve cam

Nanoteknoloji, renkli yalıtımu % 40'a kadar genişletirken, yüksek çözünürlükte olan TiO2 kaplamalarını kullanarak, sudan çıkıp kirleri ile 10-100 nm kalın) ısıtırken, yüksek çözünürlükte ısı yalıtımını % 40'a kadar genişleterek, küçük bir gerilimin uygulanmasında, hafife alınmasına yol açan camları temizleyerek, hafife geçirebilmeleri için, hafif bir güneş ısısının dinamik kontrolüne yol açabilir.

Kaplamalar ve Paints

Nano özellikli kaplamalar, inşaatta nanoteknolojinin ilk ticari başarıları arasındadır. Nano-clay veya fluorinated polimerler, beton boya ve mürekkeple temizlenmiş yüzeyler oluşturur, su ile temizlenebilir veya bakır yüzeylere sahiptir, duvarların ve tavanların büyümesini engelleyen yüzeyler.

Yalıtım malzemeleri

Aerogel bazlı yalıtım battaniyeleri ve paneller şimdi hem konut hem de ticari uygulamalar için mevcuttur. Hafif ve son derece verimli, aynı termal performansla tanışmak için yalıtım kalınlığını azaltabilirler. faz-değişim malzemeleri (PCMs) nano-tipler halinde ısıtılır ve ısı faz geçişleri sırasında gecikmeli ısı serbest bırakırlar ve ısıtılırlar.

Sayısal Faydaları

İnşaatta nanoteknolojiyi benimsemek, birden fazla performans göstergelerinde ölçülebilir gelişmeler verir.

Genişletilmiş Servis Yaşam

Nanomodize beton yapıları 50 ila 100 yıl agresif ortamlarda hizmet genişletmiştir, örneğin, 30 yıldan sonra ilk büyük onarımı gerektirir ve permeability yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır klorür ve karbon dioksit, bu da çelik takviye korozyonunun ana nedenleridir. Örneğin, nano-silica beton kullanan bir köprü güverte 30 yıldan sonra ilk büyük onarımı gerektirir.

Azaltılmış Bakım

Kendi kendine temizleme ve anti-greft yüzeyleri bakım frekansı ve maliyetleri dramatik bir şekilde kesti. Tipik bir bina cephesi, nano koruma kaplamaları içeren yapılar için yılda 15–30% tasarruf gerektirir.

Enerji Tasarrufları

Aerogels, nanogel pencereler tarafından sağlanan gelişmiş ısı yalıtımı ve nano-koated Low-E cam, iyi tasarlanmış bir binada% 30-50 oranında ısıtma ve soğutma enerji tüketimini azaltabilir. büyük ticari binalar için, bu, on binlerce dolara fayda sağlar.

Sürdürülebilirlik Sürdürülebilirlik

Nanoteknoloji birkaç şekilde sürdürülebilirliğe katkıda bulunur.Yapı ve malzemelerinin ömrünü uzatarak, toksik temizlik ajanlarının ihtiyaçlarını azaltır ve kentsel hava kirliliğini azaltın.

Meydanlar Hintçe Genişleme

Onun muazzam potansiyeline rağmen, nanoteknoloji, entegrasyonunu ana inşaata yavaşlatan birkaç engelle karşı karşıyadır.

Üretim ve Maliyet

Örneğin, yüksek kaliteli nanopartiküller ölçekde pahalı kalır. Karbon nanotüpler, örneğin, bir çimento veya polimer matrixi içinde tutarlı dağıtım elde etmek teknik olarak zorlanır; nanopartiküllerin etkinliğini kısıtlar ve hatta materyali zayıflatır.

Sağlık ve Çevre Riskleri

Yüksek yüzey reaktivite ve nanopartikülleri, üretim sırasında ölümcül ve cilt absorpsiyonları hakkında endişeler ortaya koyar ve bazı nanopartiküller, bazı karbonatları gibi, yüksek konsantrasyonlarda inflamasyona neden ve fibrozlara gösterilmiştir.

Düzenleme

İnşaat endüstrisi, geleneksel olarak, nano özellikli bina ürünleri için yeni malzemeler benimsemek için yavaştır. Nanomalzemeler genellikle düzenleyici bir boşluka düşer, çünkü ISO /TC 229 tarafından geliştirilmekte olan bu tür uluslararası standartlarda uyum sağlamaz.

Future Yol ve Araştırma Frontiers

Önümüzdeki on yıl, nanoteknolojinin, akıllı, sürdürülebilir ve dayanıklı altyapıya yönelik eğilimler tarafından yönlendirilen bir yapı haline geldiğini görecek.

Akıllı Nanomalzemeler

Araştırmacılar çevresel uyaranlara cevap verebilecek nanomalzemeler geliştiriyorlar. Örneğin, nano kristalize tahıllarla ısıtılmış motorlardan enerji elde etmek için çelik telleri ve güç sensörlerine izin verirken, kendi sağlık ve enerji kullanımını izleyen Piezoelektrik nanopartikülleri.

IoT ile entegrasyon

Nanoteknolojiyi Nesnelerin İnterneti ile birleştirmek (IoT) makine öğrenimi algoritmalarının zarar gördüğünü ve kalan servis yaşamını tahmin etmesini sağlayan bir bulut platformuna ile birleştirmektir. Karbon-nanotube temelli sensörler, sualtı süresini tespit edebilir ve beton kirişleri güçlendirebilirken binlerce puana ne kadar hassas bir şekilde aktarılabilir.

Bio-Inspired Nanoteknoloji

Doğa yeni inşaat malzemeleri için ilham verir. Örneğin, nacre (kahkadarın diğeri), önceden belirlenmiş kalsiyum karbonatını salıveren bakterilere ve biyopolimerlere olan biyolojik iyileşme süreçlerinin, nano-klayları ve polimerleri kullanarak kopyalanabilir, ancak aynı zamanda daha güçlü ve daha dayanıklı olmayan malzemeler de üretebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nanoteknoloji temel olarak inşaat malzemelerinin performans zarfını değiştiriyor. nanoyapılı betondan, bakım ve hava kalitesini azaltan cama kadar iki kat daha süren, faydalarını somut ve büyüyen nesiller için daha dayanıklı ve daha dayanıklı altyapı sorunları var.